碳化硅和碳化硅是兩種超硬質(zhì)地的陶瓷材料，因此要對這兩種陶瓷進(jìn)行機(jī)械加工的話也是有很多的難點的，今天我們主要來討論的是關(guān)于這兩類陶瓷材料采用何種設(shè)備來進(jìn)行鉆孔以及銑削的問題。下面請跟著陶瓷雕銑機(jī)生產(chǎn)廠家-鑫騰輝數(shù)控來一起學(xué)習(xí)一下。首先我們來簡單認(rèn)識一下這兩種材料的特性。

氮化硅

氮化硅陶瓷，是一種燒結(jié)時不收縮的無機(jī)材料陶瓷。氮化硅的強(qiáng)度很高，尤其是熱壓氮化硅，是世界上最堅硬的物質(zhì)之一。具有高強(qiáng)度、低密度、耐高溫等性質(zhì)。Si3N4 陶瓷是一種共價鍵化合物，基本結(jié)構(gòu)單元為[ SiN4 ]四面體，硅原子位于四面體的中心，在其周圍有四個氮原子，分別位于四面體的四個頂點，然后以每三個四面體共用一個原子的形式，在三維空間形成連續(xù)而又堅固的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。

氮化硅的很多性能都?xì)w結(jié)于此結(jié)構(gòu)。純 Si3N4 為3119，有α和β兩種 晶體結(jié)構(gòu) ，均為六角 晶形 ，其分解溫度在空氣中為1800℃，在110MPa氮中為1850℃。Si3N4 熱膨脹 系數(shù)低、 導(dǎo)熱率 高，故其耐熱沖擊性極佳。 熱壓燒結(jié) 的氮化硅加熱到l000℃后投入冷水中也不會破裂。在不太高的溫度下，Si3N4 具有較高的強(qiáng)度和 抗沖擊性 ，但在1200℃以上會隨使用時間的增長而出現(xiàn)破損，使其強(qiáng)度降低，在1450℃以上更易出現(xiàn)疲勞損壞，所以Si3N4 的使用溫度一般不超過1300℃。由于Si3N4 的 理論密度 低，比鋼和工程超耐熱合金鋼輕得多，所以，在那些要求材料具有高強(qiáng)度、低密度、耐高溫等性質(zhì)的地方用Si3N4 陶瓷去代替合金鋼是再合適不過了。

碳化硅

碳化硅又稱金剛砂（SiC）是用石英砂、石油焦（或煤焦）、木屑（生產(chǎn)綠色碳化硅時需要加食鹽）等原料通過電阻爐高溫冶煉而成。碳化硅在大自然也存在罕見的礦物，莫桑石。 碳化硅又稱碳硅石。在當(dāng)代C、N、B等非氧化物高技術(shù)耐火原料中，碳化硅為應(yīng)用最廣泛、最經(jīng)濟(jì)的一種，可以稱為金鋼砂或耐火砂。 目前中國工業(yè)生產(chǎn)的碳化硅分為黑色碳化硅和綠色碳化硅兩種，均為六方晶體，比重為3.20～3.25，顯微硬度為2840～3320kg/mm2。

碳化硅有黑碳化硅和綠碳化硅兩個常用的基本品種，都屬α-SiC。①黑碳化硅含SiC約95%，其 韌性 高于綠碳化硅，大多用于加工抗張強(qiáng)度低的材料，如 玻璃 、陶瓷、石材、 耐火材料 、鑄鐵和有色金屬等。②綠碳化硅含SiC約97%以上，自銳性好，大多用于加工 硬質(zhì)合金 、 鈦合金 和 光學(xué)玻璃 ，也用于珩磨汽缸套和精磨 高速鋼刀具 。此外還有 立方碳化硅 ，它是以特殊工藝制取的黃綠色晶體，用以制作的磨具適于軸承的超精加工，可使表面粗糙度從Ra32～0.16微米一次加工到Ra0.04～0.02微米。

加工方法

以上的內(nèi)容讓我們對碳化硅和氮化硅有了比較清晰的認(rèn)知，那么如果要在這兩種材料上打孔或者銑削時到底采用哪種設(shè)備好呢？

前幾年人們在加工這類材料時往往都會用到手動的鉆床，這種設(shè)備構(gòu)造簡單體積較小，通常將其放置在工作臺面上即可進(jìn)行手動打孔，這種機(jī)床只適合少量的產(chǎn)品試加工。要想大批量加工這類材料，往往需要用到專用的陶瓷精雕機(jī)，陶瓷精雕機(jī)是通過數(shù)控系統(tǒng)的控制來自動完成各種加工指令，它能夠高效且精準(zhǔn)的在碳化硅和氮化硅上鉆孔、銑削。鑫騰輝數(shù)控近年來在這一領(lǐng)域有很深入的研究，并開發(fā)出了多款專門針對此種材料加工的陶瓷專用精雕機(jī)，機(jī)床搭載HSK36000rpm高速法蘭式主軸，剛性好精度優(yōu)異。

產(chǎn)能情況

中國有碳化硅冶煉企業(yè)200多家，年生產(chǎn)能力220多萬噸（其中：綠碳化硅塊120多萬噸，黑碳化硅塊約100萬噸）。冶煉變壓器功率大多為6300~12500kVA，最大冶煉變壓器為32000kVA。加工制砂、微粉生產(chǎn)企業(yè)300多家，年生產(chǎn)能力200多萬噸。2012年，中國碳化硅產(chǎn)能利用率不足45%。約三分之一的冶煉企業(yè)有加工制砂微粉生產(chǎn)線。碳化硅加工制砂微粉生產(chǎn)企業(yè)主要分布在河南、山東、江蘇、吉林、黑龍江等省。

中國碳化硅冶煉生產(chǎn)工藝、技術(shù)裝備和單噸能耗達(dá)到世界領(lǐng)先水平。黑、綠碳化硅原塊的質(zhì)量水平也屬世界級。中國碳化硅與世界先進(jìn)水平的差距主要集中在四個方面：一是在生產(chǎn)過程中很少使用大型機(jī)械設(shè)備，很多工序依靠人力完成，人均碳化硅產(chǎn)量較低；二是在碳化硅深加工產(chǎn)品上，對粒度砂和微粉產(chǎn)品的質(zhì)量管理不夠精細(xì)，產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性不夠；三是某些尖端產(chǎn)品的性能指標(biāo)與發(fā)達(dá)國家同類產(chǎn)品相比有一定差距；四是冶煉過程中一氧化碳直接排放。國外主要企業(yè)基本實現(xiàn)了封閉冶煉，而中國碳化硅冶煉幾乎全部是開放式冶煉，一氧化碳全部直排。2012年，中國企業(yè)開發(fā)出了封閉冶煉技術(shù)，實現(xiàn)了一氧化碳全部回收，但是距離全行業(yè)普及還有很長的路要走。

根據(jù)中國機(jī)床工業(yè)協(xié)會磨料磨具專委會碳化硅專家委員會的數(shù)據(jù)，截至2012年底，全球碳化硅產(chǎn)能達(dá)260萬噸以上，產(chǎn)能達(dá)到1萬噸以上的國家有13個，占全球總產(chǎn)能的98%。其中中國碳化硅產(chǎn)能達(dá)到220萬噸，占全球總產(chǎn)能的84%。 [6]

中國碳化硅冶煉企業(yè)主要分布在甘肅、寧夏、青海、新疆、四川等地，約占總產(chǎn)能85%。

2012年在中國經(jīng)濟(jì)發(fā)展速度放緩的情況下，生產(chǎn)情況普遍不理想，加之光伏企業(yè)舉步維艱，碳化硅作為耐材、磨料和光伏行業(yè)的基礎(chǔ)原材料，出口和內(nèi)銷均大幅下滑。綠碳化硅微粉加工企業(yè)更是身陷光伏企業(yè)的債務(wù)鏈條，多數(shù)冶煉企業(yè)沒有開工，或者短暫開工后即停產(chǎn)。

2012年全年中國黑碳化硅產(chǎn)能沒有正常釋放，一方面是成交緩慢，庫存消耗慢,占壓資金量大，另一方面是下游行業(yè)消費(fèi)商回款時間長，欠款現(xiàn)象嚴(yán)重，導(dǎo)致某些企業(yè)資金鏈緊張。

2012年中國黑碳化硅的主產(chǎn)地為寧夏和甘肅，青海和新疆的原有產(chǎn)能逐漸被淘汰，加上湖北丹江口弘源的冶煉產(chǎn)能，共計76.9萬噸， 2012年總產(chǎn)量約為34萬噸，黑碳化硅冶煉企業(yè)的產(chǎn)能利用率約為44.5%。

中國綠碳化硅冶煉的主產(chǎn)地是甘肅、青海、新疆和四川。四川主要靠水力發(fā)電站供電，受到枯水期電力短缺的影響，一年的生產(chǎn)時間只在4-10月份，最長能堅持6個月的生產(chǎn)，但四川的冶煉爐幾乎沒有正常開工，主要因為市場需求疲軟，庫存難以消耗。2012年前三季度，中國鋼鐵廠開工率較低，只有到10月份以后鋼廠增加了開工率，對原料和耐火材料的消耗才略有增加，消耗了部分庫存。

市場需求

據(jù)海關(guān)統(tǒng)計顯示：2012年全年，中國碳化硅出口16.47萬噸，同比下降23.83%，出口2.75億美元，同比下降44.28%，出口平均價格1671.53美元/噸，同比下降26.84%。出口量價大幅度下降。全年領(lǐng)證量合計17.1萬噸，占全年出口量的104%。生產(chǎn)的碳化硅主要的出口國家有美國、日本、韓國、及某些歐洲國家。